Dienstag 23.03.10

Schon gewusst, wie Sonne kühlen kann?

Wenn die Sonne heiß vom Himmel brennt, kann man nicht nur Spiegeleier auf der Motorhaube eines Autos braten. Mit einem Solarkocher, bestehend aus Parabolspiegel und schwarzem Topf, lässt sich nahezu überall ein leckeres Essen zaubern. Aber wer weiß schon, dass man sich mit der Kraft der Sonne zugleich auch den kühlen Drink dazu servieren lassen kann? Das Mineral Zeolith macht’s möglich.

Das Prinzip der solaren Kühlung besteht im Wesentlichen aus zwei Komponenten. Ein mit dem Mineral Zeolith gefüllter Glaszylinder, der später Wärme zum Heizen abgeben wird. Dazu eine Glaskugel mit Wasser, das später in gefrorenem Zustand zur Kühlung dient. Beide Gefäße lassen sich über ein Ventil miteinander verbinden oder voneinander trennen. Wenn man bei geöffnetem Ventil diesem System durch eine Vakuumpumpe die Luft entzieht, entsteht Unterdruck. Dadurch sinkt der Siedepunkt des Wassers in der Glaskugel so stark, dass es bereits bei Umgebungstemperatur siedet und heftig zu verdampfen beginnt.

Dieser Wasserdampf wird vom Glaszylinder angesaugt und in die Kristallstruktur des Zeoliths eingebunden (adsorbiert). Hierbei spielt die große innere Oberfläche des Minerals eine besondere Rolle. Denn innerhalb der winzigkleinen Hohlräume (im Nanometer-Bereich) wirken starke elektrostatische Kräfte, die dafür sorgen, dass das Wasser besonders stark angesaugt wird. Dieser Prozess vollzieht sich so lange, bis der Zeolith mit Wasser gesättigt ist. Je nach Zeolith-Typ kann das Mineral bis zu 25 Prozent seines Eigengewichts an Wasser aufnehmen. Dabei gibt das Wasser Wärme ab – im Glaszylinder kann Hitze bis zu 300 Grad Celsius entstehen. Weit weniger reichen natürlich aus, um eine Tasse Kaffee aufzubrühen.

Da die Behälter luftleer sind, saugt der Zeolith-Glaszylinder den Wasserdampf so heftig an, dass sich auf Grund der hohen Verdunstungskälte der Rest des Wassers in der Glaskugel stark abkühlt und schließlich zu Eis gefriert. Wenn man zuvor ein paar Getränke in Dosen oder Flaschen mit hineingegeben hat, kann man sich also rasch mit einem gut gekühlten Drink erfrischen.

Den Zeolith kann man so immer wieder verwenden. Man muss ihn dafür lediglich wieder trocknen, damit er seine volle Saugkraft (Adsorptionsfähigkeit) zurück erhält. Die dafür benötigte Wärme liefert die Sonne über einen Parabolspiegel, sie treibt das Wasser aus dem Zeolith. Das Wasser kondensiert dann wieder in die Kugel. Schließt man jetzt das Ventil, ist die Wärme im Zylinder gespeichert. Öffnet man es wieder und erlaubt so dem Wasser(dampf) wieder im Vakuum den Zutritt zum Zeolith, beginnt der nächste Adsorptionsprozess. Da sich der Zeolith nicht verbraucht, sind beliebig viele Wiederholungen möglich.

Besonders raffiniert daran, die Sonne als Energielieferanten zu benutzen: Die Tage, an denen man sich am meisten nach Kühlung sehnt, decken sich mit jenen, an denen die Sonne am heißesten brennt.

Der Name Zeolith bedeutet übrigens „siedender Stein“ (aus dem Griechischen zeein für „sieden“ und lithos für „Stein“). Diesen Namen bekam das Mineral, weil es beim Erhitzen lebhaft aufbraust (siedet), wenn es gebundenes Wasser aus seinen Poren freisetzt. (mba)



Wie ein solcher Solarkocher mit integrierter Kühlung funktioniert, zeigt vom 5. bis zum 11. Juni 2010 auch ein Exponat beim Wissenschaftssommer 2010 in Magdeburg. Dort gibt es Heißgetränke, von der Sonne gekocht, und Kaltgetränke, von der Sonne gekühlt.

Link:
Fakultät für Verfahrens- und Systemtechnik der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

 
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